Материал: 1488

горячего тела переходит к холодному, газы стремятся занять наибольший объём.

2. Часть энергии переходит в теплоту, т. е. система из упорядоченного состояния переходит в состояние с беспорядочным тепловым движением частиц.

3. амопроизвольные процессы можно использовать для получения Сполезной работы. По мере превращения система теряет способность производить работу. В конечном состоянии равновесия она имеет наимень-

ший запас энерг .

4.стему нельзя вернуть в исходное состояние, не производя ка-

сравнению ным по сравненбю с конечным.

ких-либо зменен й в ней самой или в окружающей среде. Все самопроизвольные процессы термодинамически необратимы.

5. В самопро звольном процессе начальное состояние является ме-

нее вероятным по каждым последующим и наименее вероят-

Несамопро звольные процессы протекают при затрате работы,

при этом с стема удаляется от состояния равновесия (например, сжатие газа, электрол з).

1.Теплота не можетАпереходить самопроизвольно от менее нагретого тела к более нагретому.

2.Невозможен процесс, единственнымДрезультатом которого является превращение теплоты в работу.

3.Вечный двигатель второго рода невозможен. Теплота наиболее холодного из участвующих в процессе тел не может служить источником

работы.

Аналитическое выражение второго законаИтермодинамики и его обоснование с использованием цикла Карно. Суть выражения второго за-

кона термодинамики – связь самопроизвольности процесса с ростом энтропии. Это выражение вытекает из рассмотрения вопроса о теоретической полноте превращения теплоты в работу в обратимом цикле Карно.

Цикл состоит из четырех процессов (рис. 2):

АВ – изотермическое расширение за счет теплоты Q1, подведенной к газу при температуре Т1;

ВС – адиабатическое расширение;

СД – изотермическое сжатие при температуре Т2, в этом процес-

се газ теряет теплоту Q2;

ДА – адиабатическое сжатие до исходного состояния.Второй закон термодинамики – это постулат. Он имеет стати-

16

Это уравнение является математическимКПДвыражением второго закона термодинамики.

Так как T1 ‹ T2, то η ‹ 1.

Согласно теории Карно, замена идеального газа любым другим ве-

Выражение второго закона термодинамикиИпозволяет ввести понятие энтропии, с помощью которой сущность закона раскрывается в удоб-

ществом не приведет к изменению цикла Карно. Замена цикла Карно

любым другим циклом приведет к меньшему КПД (теорема Клазиуса– Карно). Таким образом, даже в случае идеальной тепловой машины пре-

вращение теплоты в работу не может быть полным.

17

Отношение Q называется приведенной теплотой. Последнее урав-

T

нение показывает, что алгебраическая сумма приведенных теплот по обратимому циклу Карно равна нулю.

Понятие «энтропия» введено Клаузиусом (1850 г.). Последнее уравнение является математическим выражением второго закона термодинамики для обратимых процессов.

Изменение энтропии в обратимом процессе равно изменению энтропии в необратимом процессе, т.е. dSобрат dSнеобрат. Сравним теплоты обратимого и необратимого процессов. Согласно первому закону термодинамики, Q U A. Внутренняя энергия U – это функция состояния сис-

В общем случае для обратимого и необратимого процессов второй закон термодинамики имеет следующее математическое выражение:

dS Q . T

18

Здесь dS = const, а изменяется только правая часть уравнения, т.е. значение величины теплоты. Единицы измерения энтропии: [S] = Дж/моль·К.

Объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики:

Q = dU + A,

отсюда TdS dU pdV A .

Постулат Планка имеет следующую формулировку: при абсолютном нуле энтропия правильно образованных кристаллов чистых веществ равна нулю. Постулат позволяет рассчитать абсолютное значение энтро-

б) Пусть V = const, тогда

19

dS CV ln T2 . T1

Для расчёта абсолютного значения энтропии S вещество нагревается от абсолютного нуля до данной температуры (p = const).

Для твёрдого тела при температуре T

Значения величин стандартных энтропий (определенных для стандартных условий) веществ приведены в справочниках.

Энтропия как критерий возможности протекания процесса в изолированной системе (U,V = const). ИзолированнаяДсистема не обменивается с окружающей средой теплотой, т.е. Q = 0. Поэтому, согласно второму закону термодинамики,

(dS)U,V ≥ 0.

Необратимый процесс в изолированной системе возможен при

(dS)U,V > 0.

При равновесном состоянии системы (или обратимом процессе)

(dS)U,V = 0;

при этом энтропия принимает максимальное значение S = Smax.

2.5. Термодинамические потенциалы

Термодинамический потенциал – это функция состояния системы,

убыль которой в процессе, протекающем при постоянстве двух параметров, равна максимальной полезной работе.

20